嵌入式Linux：文件共享

在Linux中，文件共享是指多個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)訪問和操作同一個(gè)文件。

文件共享在多進(jìn)程或多線程編程環(huán)境中具有重要意義，特別是在以下方面：

1. 多線程操作大文件： 文件共享可用于實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程同時(shí)操作同一個(gè)大文件的場(chǎng)景。通過創(chuàng)建多個(gè)不同的文件描述符，各線程可以并行地讀取或?qū)懭胛募?，從而減少文件讀寫時(shí)間，提升整體效率。

2. 提高并發(fā)性： 文件共享提供了一種機(jī)制，使得多個(gè)進(jìn)程或線程能夠并發(fā)地訪問同一個(gè)文件。這對(duì)于需要頻繁訪問文件的應(yīng)用程序而言，能夠充分利用系統(tǒng)資源，提高并發(fā)性和響應(yīng)速度。

3. 文件描述符復(fù)制： 通過多次調(diào)用open函數(shù)或使用dup()、dup2()函數(shù)，可以制造出多個(gè)不同的文件描述符，這些描述符指向同一個(gè)文件。這為多個(gè)并發(fā)操作提供了獨(dú)立的文件訪問通道，確保彼此之間不會(huì)干擾。

4. 協(xié)同操作： 文件共享還涉及文件鎖定等機(jī)制，確保在并發(fā)訪問時(shí)對(duì)文件的操作是協(xié)同進(jìn)行的。這有助于避免數(shù)據(jù)不一致性和沖突，提高程序的穩(wěn)定性。

下面分享常見的三種文件共享方式。

1、同一個(gè)進(jìn)程中多次調(diào)用 open 函數(shù)打開同一個(gè)文件

在同一個(gè)進(jìn)程中多次調(diào)用 open 函數(shù)打開同一個(gè)文件會(huì)得到多個(gè)不同的文件描述符（File Descriptor，簡(jiǎn)稱FD）。每次調(diào)用 open 都會(huì)返回一個(gè)新的文件描述符，這些描述符可以獨(dú)立地用于對(duì)文件的讀取、寫入等操作。

各數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系如下圖所示：

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，演示了在同一個(gè)進(jìn)程中多次調(diào)用 open 打開同一個(gè)文件：

#include#include#include
int main(void) {    // 打開同一個(gè)文件，獲取文件描述符    int fd1 = open("example.txt", O_RDONLY);    int fd2 = open("example.txt", O_RDONLY);
    if (fd1 == -1 || fd2 == -1) {        perror("Error opening file");        return 1;    }
    // 讀取文件內(nèi)容    char buffer1[100];    char buffer2[100];
    ssize_t bytesRead1 = read(fd1, buffer1, sizeof(buffer1));    ssize_t bytesRead2 = read(fd2, buffer2, sizeof(buffer2));
    // 輸出讀取的內(nèi)容    printf("Content read from fd1: %.*sn", (int)bytesRead1, buffer1);    printf("Content read from fd2: %.*sn", (int)bytesRead2, buffer2);
    // 關(guān)閉文件描述符    close(fd1);    close(fd2);
    return 0;}

在這個(gè)例子中，程序打開同一個(gè)文件 "example.txt" 兩次，分別獲得了兩個(gè)文件描述符 fd1 和 fd2。這兩個(gè)文件描述符可以獨(dú)立地進(jìn)行文件讀取操作。需要注意的是，這種情況下讀取的文件內(nèi)容是一樣的，因?yàn)樗鼈冎赶蛲粋€(gè)文件的同一位置。

2、不同進(jìn)程中分別使用 open 函數(shù)打開同一個(gè)文件

在Linux系統(tǒng)中，不同進(jìn)程可以使用open函數(shù)打開同一個(gè)文件。當(dāng)多個(gè)進(jìn)程打開同一個(gè)文件時(shí)，每個(gè)進(jìn)程會(huì)得到一個(gè)文件描述符（file descriptor），這個(gè)文件描述符是一個(gè)唯一的整數(shù)，用于標(biāo)識(shí)該文件在該進(jìn)程中的打開實(shí)例。

各數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系如下圖所示：

以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，演示了兩個(gè)不同的進(jìn)程分別使用open函數(shù)打開同一個(gè)文件：

#include#include#include#include
int main() {    // 文件路徑    const char *file_path = "example.txt";
    // 在第一個(gè)進(jìn)程中打開文件    int fd1 = open(file_path, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR);    if (fd1 == -1) {        perror("Error opening file in process 1");        exit(EXIT_FAILURE);    }
    // 寫入內(nèi)容到文件    const char *content1 = "Hello from process 1n";    write(fd1, content1, strlen(content1));
    // 關(guān)閉文件描述符    close(fd1);
    // 在第二個(gè)進(jìn)程中打開文件    int fd2 = open(file_path, O_WRONLY | O_APPEND);    if (fd2 == -1) {        perror("Error opening file in process 2");        exit(EXIT_FAILURE);    }
    // 寫入內(nèi)容到文件    const char *content2 = "Hello from process 2n";    write(fd2, content2, strlen(content2));
    // 關(guān)閉文件描述符    close(fd2);
    return 0;}

在這個(gè)例子中，兩個(gè)進(jìn)程分別使用open函數(shù)打開同一個(gè)文件 example.txt。第一個(gè)進(jìn)程以寫入模式打開文件，寫入一些內(nèi)容，然后關(guān)閉文件。第二個(gè)進(jìn)程以追加模式打開文件，寫入一些內(nèi)容，然后關(guān)閉文件。由于文件描述符是每個(gè)進(jìn)程私有的，它們可以獨(dú)立地訪問和操作同一個(gè)文件，不會(huì)相互干擾。

3、同一個(gè)進(jìn)程中通過 dup（dup2）函數(shù)對(duì)文件描述符進(jìn)行復(fù)制

在同一個(gè)進(jìn)程中，可以使用dup函數(shù)或dup2函數(shù)來復(fù)制文件描述符。這樣，進(jìn)程內(nèi)的兩個(gè)文件描述符將指向同一個(gè)打開的文件，允許對(duì)同一文件進(jìn)行獨(dú)立的讀寫操作。

各數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系如下圖所示：

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

#include#include#include#include
int main() {    // 文件路徑    const char *file_path = "example.txt";
    // 打開文件    int fd1 = open(file_path, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR);    if (fd1 == -1) {        perror("Error opening file");        exit(EXIT_FAILURE);    }
    // 寫入內(nèi)容到文件    const char *content = "Hello from processn";    write(fd1, content, strlen(content));
    // 復(fù)制文件描述符    int fd2 = dup(fd1);    if (fd2 == -1) {        perror("Error duplicating file descriptor");        close(fd1);        exit(EXIT_FAILURE);    }
    // 使用原始文件描述符寫入內(nèi)容    const char *content1 = "Original file descriptorn";    write(fd1, content1, strlen(content1));
    // 使用復(fù)制的文件描述符寫入內(nèi)容    const char *content2 = "Duplicated file descriptorn";    write(fd2, content2, strlen(content2));
    // 關(guān)閉文件描述符    close(fd1);    close(fd2);
    return 0;}

在這個(gè)例子中，程序先打開一個(gè)文件，然后使用dup函數(shù)復(fù)制文件描述符。這樣，fd1和fd2都指向同一個(gè)文件。接著，程序使用原始文件描述符 fd1 寫入一些內(nèi)容，再使用復(fù)制的文件描述符 fd2 寫入另一些內(nèi)容。由于它們指向同一個(gè)文件，兩次寫入的內(nèi)容都會(huì)出現(xiàn)在文件中。

需要注意的是，dup函數(shù)會(huì)返回一個(gè)新的文件描述符，該描述符是當(dāng)前可用文件描述符中的最小數(shù)值。而dup2函數(shù)則允許指定新的文件描述符的值，如果指定的文件描述符已經(jīng)被占用，dup2會(huì)先關(guān)閉該描述符，然后將其重定向到指定的文件。